一种挤出生产线协同控制的方法及系统与流程

本发明属于挤出控制技术领域，尤其涉及一种挤出生产线协同控制的方法及系统。

背景技术：

挤出生产线是用来生产塑料管材、板材、型材、缆线等产品的加工生产线。挤出生产线包括主机(挤出机)和周边辅机。辅机主要包含上料机、冷却装置、牵引机、切割机、输送带等。现有挤出生产线的挤出主机和所有辅机都是独立控制的，即每一台设备都配备一个独立的控制器进行控制，在生产的过程中，现场操作人员需要根据产品的质量要求，凭借经验依次对设备进行参数设定和调试，即通过人工控制各台设备的协同工作。

挤出产品一般需要稳定的产品质量，不同类型的产品具有不同的质量指标，例如棒材直径、管材内外径、板材厚度等等，质量的稳定性由生产线上各台设备的控制精度决定，包括整条生产线所涉及的温度控制，以及挤出主机的螺杆转速控制和牵引机、切割机的控制。现有挤出生产线各台设备都是由独立控制器来完成，整条生产线无法实现自动协同操作，而且，缺乏对挤出产品质量的直接闭环控制，只是通过控制温度、挤出机的螺杆转速和牵引机的牵引速度而达到间接控制的目的。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种挤出生产线协同控制的方法及系统，可以提高挤出生产过程的自动化、智能化水平，提高产品质量的稳定性，降低生产过程中的废品率。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种挤出生产线协同控制的方法，包括：

协同控制系统基于预先设置的温度设定值控制料筒温度和模头温度，并控制料筒温度和模头温度稳定在温度设定值；

在控制料筒温度和模头温度稳定在温度设定值后，协同控制系统开启挤出机的电机，使螺杆旋转，并控制模头压力稳定在预先设置的压力设定值；

在控制模头压力的同时，协同控制系统基于设置的质量设定值调节牵引机的牵引速度，使挤出产品质量稳定在设置的质量设定值。

所述方法还包括：

基于协同控制系统的gui界面接收用户输入的控制指令，所述控制指令包括：挤出产品设置指令、温度设定值设置指令、压力设定值设置指令、质量设定值设置指令、产品切割长度设定值设置指令。

所述控制料筒温度和模头温度稳定在温度设定值包括：

协同控制系统基于料筒上的温度传感器实时获取料筒温度值，协同控制系统将所述料筒温度值与设置的料筒温度设定值进行比较，并基于温控系统使料筒温度稳定在设置的料筒温度设定值；

协同控制系统基于模头上的温度传感器实时获取模头温度值，协同控制系统将所述模头温度值与设置的模头温度设定值进行比较，并基于温控系统使模头温度稳定在设置的模头温度设定值。

所述控制模头压力稳定在设置的压力设定值包括：

基于模头上的压力传感器实时获取模头压力值；

协同控制系统将所述模头压力值与设置的压力设定值进行比较，通过调节螺杆转速控制，使模头压力稳定在设置的模头压力设定值。

所述控制模头压力稳定在设置的压力设定值包括：

采用模型预测控制方法控制模头压力稳定在设置的压力设定值；或者采用pid控制方法控制模头压力稳定在设置的压力设定值。

在控制牵引速度稳定生产过程中，协同控制系统基于设置的长度设定值控制切割机切割挤出产品的长度。

所述方法还包括：

监测挤出生产线生产过程是否存在异常，在出现异常时，自动诊断出导致异常的原因。

相应的，本发明还提供了一种挤出生产线协同控制系统，包括：

温度控制单元，用于基于设置的温度设定值控制料筒温度和模头温度，并控制料筒温度和模头温度稳定在温度设定值；

压力控制单元，用于控制模头压力值稳定在设置的压力设定值；

质量控制单元，用于在控制模头压力值稳定在设置的压力设定值时，基于设置的质量设定值调节牵引机的牵引速度，使挤出产品质量稳定在设置的质量设定值。

所述系统还包括：

gui模块，用于显示生产过程状态信息和接收用户输入的控制指令，所述控制指令包括：挤出产品设置指令、温度设定值设置指令、压力设定值设置指令、质量设定值设置指令、产品切割长度设定值设置指令。

所述系统还包括：

长度控制单元，用于在控制牵引速度稳定生产过程中，基于设置的长度设定值控制切割机切割挤出产品的长度；

监测单元，用于监测挤出生产线生产过程是否存在异常，在出现异常时，自动诊断出导致异常的原因。

与现有技术相比，本发明实施例可以利用一套协同控制系统来控制挤出生产线上的所有设备，使挤出机、牵引机、切割机等设备实现协同工作，提高生产过程的自动化程度，提高挤出产品质量的稳定性，同时，降低设备成本，减少多个设备配备独立控制器的成本。

使用模头压力控制的策略替代传统的螺杆转速控制策略，提高了挤出率的稳定性，并省去部分企业为稳定挤出率而添置的熔体泵、米重控制器等附加设备，进一步节省了成本。

采用直接质量控制减少了现场人员在生产调试设定阶段所花费的时间和物料成本，提高了生产效率；同时，也有效降低了现场人员对产品质量频繁抽检的工作强度。

在一个人机界面上可以设置所有生产线的子设备控制参数，包括当前各段料筒温度、模头温度、挤出电机的转速、模头压力、挤出的产品直径、产品长度、切割机转速和牵引机的线速度等，方便现场操作人员。

在过程参数存储的基础上加入的故障监测功能，可以进一步保障挤出生产过程的可靠性，在出现异常时，能够自动诊断故障的出处，提示现场人员，提高故障排查效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例的挤出生产线协同控制的方法流程图；

图2是本发明实施例的挤出生产线协同控制的系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

具体的，图1示出了本发明实施例中的挤出生产线协同控制的方法流程图，具体实现过程如下：

s101、基于协同控制系统的gui界面接收用户输入的控制指令；

协同控制系统涉及到各种挤出生产线的参数指令集，这些参数指令集与产品挤出规格以及挤出生产线所关联起来，包括各单个设备控制参数下各种设定值。该gui界面为一用户操作界面，为用户提供操作平台，该操作平时可以实现对各种控制值的输入设置，包括各类型挤出产品或者对应挤出产品型号规格等等，以及挤出产品所涉及的生产线所需要的温度设定值，以及模头压力所需要的压力设定值、挤出产品所涉及的质量设定值、产品长度切割值等等。该gui界面可以实现人机对话，让操作人员对各类参数进行设置，并对各类数据和机器的状态进行监视等等。

s102、协同控制系统基于设置的温度参数值控制料筒温度值和模头温度值，并控制料筒温度值和模头温度值稳定在温度设定值；

该步骤在输入料筒、模头等温度设定值后，即可开启加热，在整个加热过程中，可以将料筒、模头上相应的温度传感器采集到的模拟量信号转换成数字量信号送给协同控制系统，协同控制系统根据采集到的挤出机各段料筒温度和模头温度信号，通过输出控制电路驱动加热圈的通断，进行高精度闭环自动控制。由此在实施过程中，协同控制系统基于料筒上的温度传感器实时获取料筒温度值，协同控制系统将料筒温度值与料筒温度设定值进行比较，并基于温控系统使料筒温度值稳定在设置的料筒温度设定值；协同控制系统基于模头上的温度传感器实时获取模头温度值，协同控制系统将所述模头温度值与模头温度设定值进行比较，并基于温控系统使模头温度值稳定在设置的模头温度设定值。

具体实施过程中，可以采用pid控制方法或者模型预测控制方法来实现对温度值的控制，使料筒温度值和模头温度值稳定在温度设定值。

s103、协同控制系统开启挤出机的电机驱动螺杆旋转，并控制模头压力值稳定在设置的压力设定值；

在实现对温度的稳定控制之后，开启挤出机的电机，螺杆旋转，开始进行挤出。

协同控制系统首先启动对模头压力的闭环控制，通过模头上的压力传感器检测模头压力值，如果测量到模头压力值小于设置的压力设定值，则提高驱动螺杆旋转的电机电流；如果测量到模头压力值大于设置的压力设定值，则降低驱动螺杆旋转的电机电流。具体提高或降低的量值由控制算法自动计算得出，一般的控制算法包括：模型预测控制方法和pid控制方法。

s104、协同控制系统基于设置的质量设定值调节牵引机的牵引速度，实现质量直接控制。

在控制模头压力值稳定在设置的压力设定值时，协同控制系统基于设置的质量设定值调节牵引机的牵引速度，并控制牵引速度稳定生产，所稳定生产的挤出产品关联着设置的质量参数值。整个实施过程中，在模头压力值稳定之后，协同控制系统缓慢提高牵引速度，直至挤出产品的质量达标，然后就进行稳定生产。

这里的挤出产品可以是管材，也可以是其它塑料产品等等，以管材挤出生产为例，管径(管材最重要的质量指标)的稳定性同时与挤出率和牵引速度有关，通过协同控制系统可以同时控制挤出机的模头压力、牵引机的牵引速度，才能实现管径的闭环控制。挤出产品所涉及的对象不同时，在具体操作时，其所设置的各项质量指标以及相应的参数值都会有不同，这些可以直接通过输入界面或者gui界面来设置实现。

具体实施过程中，可以针对管材型号输入模头压力的设定值、管径的设定值等等，在完成模头压力的闭环控制达到模头压力稳定时，通过调节牵引机的牵引速度而实现，即：如果测量到的管径值小于设定值，则降低牵引速度；如果测量到的管径值大于设定值，则提高牵引速度。同样，如何提高或降低牵引速度由控制算法自动计算得出，这些控制算法包括模型预测控制方法和pid控制方法等等。对于挤出管材，可以利用在线测量的管径信号与管径设定值间的偏差，通过在线自动调节牵引机的速度，实现对实际管径的控制。这种控制策略的前提条件是挤出率必须是稳定的，而本系统通过模头压力控制策略，已经保证了挤出率的稳定性。

具体实施过程中，在控制牵引速度稳定生产过程中，协同控制系统基于设置的长度设定值控制切割机切割挤出产品的长度，其通过在线调节切割机的启停时间而实现。

具体实施过程中，整个协同控制系统还可以监测挤出生产线生产过程是否存在异常，在出现异常时，进行报警，并自动诊断出导致异常的原因，其通过对保存的过程数据的综合分析和挖掘，判断挤出生产过程是否有异常，在出现异常时，自动诊断导致异常的原因，指导现场操作人员改进，提高故障处理的效率。

具体的，图2示出了本发明实施例中的挤出生产线协同控制的系统结构示意图，该系统包括：

温度控制单元，用于基于设置的温度参数值控制料筒温度值和模头温度值，并控制料筒温度值和模头温度值稳定在温度设定值；

压力控制单元，用于在控制料筒温度值和模头温度值稳定在温度设定值时，开启挤出机的电机驱动螺杆旋转，控制模头压力值稳定在设置的压力参数值；

质量控制单元，用于在控制模头压力值稳定在设置的压力设定值时，基于设置的质量设定值调节牵引机的牵引速度，使挤出产品质量稳定在设置的质量设定值。具体实施过程中，协同控制系统设置有温度传感器在各段料筒、模头上，通过采集挤出机各段料筒温度和模头温度信号，基于温度控制器通过输出控制电路驱动加热圈的通断，进行高精度闭环自动控制。

具体实施过程中，压力控制单元通过模头上的压力传感器检测模头压力值，如果测量到模头压力值小于设置的压力参数值，则提高驱动螺杆旋转的电机电流；如果测量到模头压力值大于设置的压力参数值，则降低驱动螺杆旋转的电机电流。具体提高或降低的电流量值由控制算法自动计算得出，一般的控制算法包括：模型预测控制方法和pid控制方法。

具体实施过程中，质量控制单元基于设置的质量参数值调节牵引机的牵引速度，并控制牵引速度稳定生产，所稳定生产的挤出产品关联着设置的质量参数值。整个实施过程中，在模头压力值稳定之后，协同控制系统缓慢提高牵引速度，直至挤出产品的质量达标，然后就进行稳定生产。

具体实施过程中，该系统还包括：

gui模块，用于显示生产过程状态信息和接收用户输入的控制指令，所述控制指令包括：挤出产品设置指令、温度参数值设置指令、压力参数值设置指令、质量参数值设置指令、产品长度切割值。该模块可以实现人机对话，让操作人员对各类参数进行设置，并对各类数据和机器的状态进行监视等等。本发明实施例中实现输入的方式可以通过键盘实现，也可以直接通过gui的触屏来完成。

具体实施过程中，该系统还可以包括：

长度控制单元，用于在控制牵引速度稳定生产过程中，基于设置的长度参数值控制切割机切割挤出产品的长度。

具体实施过程中，该系统还可以包括：

监测单元，用于监测挤出生产线生产过程是否存在异常，在出现异常时，进行报警，并自动诊断出导致异常的原因，其通过对保存的过程数据的综合分析和挖掘，判断挤出生产过程是否有异常，在出现异常时，自动诊断出导致异常的原因，指导现场操作人员改进，提高故障处理的效率。

该系统在实施过程中，一般在各阶段所涉及的过程中，设置一些传感器到相应设备上，从而可以采集到挤出线上各种参数值，比如温度值、压力值、质量参数等等，这些采集参数一般与相应的控制单元相连接，从而实现精准控制。

与现有技术相比，本发明实施例可以利用一套协同控制系统来控制挤出生产线上的所有设备，使挤出机、牵引机、切割机等设备实现协同工作，提高生产过程的自动化程度，提高挤出产品质量的稳定性，同时，降低设备成本，减少多个设备配备独立控制器的成本。

使用模头压力控制的策略替代传统的螺杆转速控制，提高了挤出率的稳定性，并省去部分企业为稳定挤出率而添置的熔体泵、米重控制器等附加设备，节省成本。

采用直接质量控制减少了现场人员在生产调试设定阶段所花费的时间和物料的成本，提高了生产效率；同时，也有效降低了现场人员对产品质量频繁抽检的工作强度。

在一个人机界面上设置所有生产线的子设备控制参数，包括当前各段料筒温度、挤出电机的转速、模头压力、挤出的产品直径、产品长度、切割机转速和牵引机的线速度等，方便现场操作人员。

在过程参数存储的基础上加入的故障监测功能，可以进一步保障挤出生产过程的可靠性，在出现异常时，能够自动诊断故障的出处，提示现场人员，提高故障排查效率。

以上对本发明实施例所提供的挤出生产线协同控制的方法及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。